层间隔震结构减震机理的数值模拟分析

以振动台试验模型为背景,隔震垫采用铅芯橡胶隔震支座双线性滞回阻尼和粘滞阻尼的粘塑性分析模型,隔震层采用粘塑性分析模型,建立层间隔震结构的动力运动方程.同时,使用有限元分析软件ANSYS对该试验模型进行非线性有限元动力分析,获得层间隔震结构在地震动下的响应.分析结果表明,隔震层位置越低,隔震效果越好.随着隔震层设置位置下移,层间隔震体系在结构动力特性上体现为前两阶模态质量参与系数的比例发生变化.在中间层隔震区域,隔震层上部子结构反应基本上由一阶振型决定,而下部子结构反应却以二阶振型为主.隔震层上部子结构层间位移较稳定,可以近似为平动;下部子结构层间位移呈现抛物线状,且下部结构最大层间位移常出现在下部结构的中间位置.     

基础隔震结构连续化模型研究

根据建筑的变形特征,基于连续化分析方法将规则基础隔震结构的上部结构等效为悬臂Timoshenko梁进行分析.根据铁木辛柯梁理论建立基础隔震连续化模型运动方程,求解隔震悬臂梁的周期和振型,推导连续化模型的正交条件,利用振型叠加方法求解结构的地震响应.连续模型基本动力参数分别采用粒子群优化算法和差分进化法进行计算,优化目标取上部结构前两阶周期等效.分析表明,粒子群算法、差分进化法的前期收敛速度较快;到优化迭代中期,粒子群算法收敛速度比差分进化算法快;在优化迭代后期,粒子群算法和差分进化算法优化结果相近.最后,对工程算例的有限元模型和连续化模型进行动力特性及地震作用分析,结果表明,两种模型位移时程、加速度时程、峰值位移、峰值加速度的分布规律基本一致.基于Timoshenko梁理论建立的连续化模型适用于多层和高层基础隔震结构分析.采用连续化模型进行分析计算精度高、算法简洁、便于参数分析及地震响应预测.     

隔震结构振型参与系数与有效质量系数的研究

为了研究隔震层对整个隔震结构和上部结构的有效质量系数的影响,对双质点以及多质点隔震结构和其上部结构的振型参与系数以及有效质量系数进行了计算机模拟分析.分析表明:无论双质点还是多质点隔震结构,当隔震结构有效质量系数达到0.9时,隔震层上部结构的有效质量系数大于0.9,在隔震层上部结构计算时其有效质量系数应相应地提高.     

考虑摆动的层间隔震结构自振特性及随机响应分析

采用铅芯叠层橡胶支座的层间隔震结构,由于结构自重和活载产生的竖向荷载较大,当叠层橡胶层的总厚度较大时,隔震支座在产生水平变形的同时,也会产生竖向压缩变形,导致上部子结构产生摆动效应,同时对下部子结构的响应也产生影响,进而影响层间隔震结构的隔震效果.根据层间隔震结构的自振特性将其简化为两质点模型和多质点模型,分析层间隔震结构考虑摆动效应时的固有自振特性,以及采用虚拟激励法,运用均匀调制非平稳随机响应分析方法,分析隔震层摆动对层间隔震结构的振动响应影响.结果表明,考虑层间隔震结构的摆动效应,将对各子结构的响应产生不同的影响;考虑摆动效应的不同质量比的层间隔震结构,自振特性变化规律存在一界限刚度比K;随着隔震层刚度比的增大,考虑摆动效应的层间隔震结构各子结构的响应逐渐趋近于未考虑摇摆特性结构的响应.     

高层隔震和非隔震结构振动台试验对比

通过高层隔震和非隔震结构的模型振动台对比试验,研究高层隔震结构的地震反应特性、隔震效果以及减震机制。结果表明:高层隔震结构的楼层加速度、层间位移反应比非隔震结构明显降低,隔震效果明显;在高宽比为4的情况下,试验隔震支座未进入受拉状态;高阶振型对非隔震结构的影响程度远大于隔震结构的情况,隔震降低了结构基本振型反应的同时有效抑制了高层结构高阶振型的反应,这成为长周期高层隔震结构仍然能够取得较好隔震效果的主要原因。     

建筑结构抗震分析

将结构物简化为多质点体系,考虑隔震支座的水平刚度、垂直刚度和转动刚度,按反应谱方法进行了高层剪力墙结构和砖结构抗震计算,结果表明,隔震结构可以大幅度地降低地震作用。另外,利用结构自身的顶部作为TMD质量块,并用叠层橡胶支座和摩擦阻尼器设置在建筑物中上部的楼层之间,利用隔震层上部的质量和隔震层部件组成TMD减震系统来控制地震反应。     

基于刚度比的基础隔震结构减震系数

水平向减震系数是隔震设计的重要指标. 将上部结构与隔震层刚度之比作为基本变量,通过双自由度等效模型对减震系数的影响因素进行了理论研究. 通过振型分析计算了上部结构的等效转换系数,推导了刚度比形式的内力和减震系数表达式,分析了减震系数的影响因素,计算了隔震结构满足减震系数要求所需的刚度比限值. 发现减震系数曲线存在不变量即基准曲线,提出基准点概念. 结果表明,刚度比和隔震层阻尼比是减震系数的决定因素,减震系数随刚度比或隔震层阻尼比增大而减小;当刚度比大于4.5或8时,减震系数分别低于0.5或0.4;与5个工程实例对比,减震系数表达式准确性较好. 成果整理成表格可供查阅.     

大高宽比隔震结构隔震层参数确定及地震反应简化计算

根据超高层隔震结构等大高宽比隔震结构体系地震反应分析的单质点、双质点和三质点剪切型简化计算模型,对大高宽比隔震结构隔震层特性参数进行了研究,得出了隔震层水平刚度、最大设计位移和隔震支座压应力与界限荷载、压应力的关系.采用振型分解反应谱法,通过对地震反应分析预测简化计算方法的研究,提出大高宽比隔震结构的层间剪切力、层间变形以及层间最大位移反应等预测计算方法,以及多质点体系隔震层和上部结构的加速度反应分布计算理论式等.     

基础隔震结构动力可靠度分析及参数优化

假定地震为平稳过滤高斯白噪声过程,基于隔震支座的等效动刚度和等效黏滞阻尼比建立了基础隔震结构的动力方程.针对动力方程中非经典阻尼的情况,采用状态空间理论和复模态叠加法对振动方程进行了解耦,推导了基础隔震体系上部结构和隔震层在随机地震动激励下的方差反应解析式.采用变形准则分别定义了上部结构和隔震层的极限状态,根据首次超越机制,并基于串联可靠度模型建立了隔震结构在给定地震动下的条件动力可靠度计算方法.通过一个基础隔震框架计算实例,说明了该方法的运用.在此基础上,分析了隔震支座等效动刚度和等效黏滞阻尼比对隔震结构随机反应和可靠度的影响,并以失效概率为优化目标,对隔震参数进行优化.该方法可以从整体上对隔震结构可靠性进行评估,为基于可靠度的隔震参数优化提供基础.     

大底盘多塔楼结构的隔震减震策略研究

基于大底盘多塔楼的集中质量模型,考虑了基础隔震和层间隔震体系隔震机理的差异,推导了大底盘多塔楼层间隔震结构计算简化模型的运动方程,并对某实际工程进行了参数分析和计算仿真.结果表明:大底盘多塔楼层间隔震结构其隔震层参数对隔震效果影响显著,当隔震层刚度减小时,有利于上部结构剪力控制,但可能增加大平台层间剪力;增大隔震层阻尼对下部结构有较好的减震效果,而对于上部塔楼则存在阻尼最优值.针对大底盘多塔楼结构提出3种隔震减震策略,文章采用5条地震波对某实际工程结构进行了3个方案计算仿真分析,并比较了3种隔震方案的减震效果.     

高层隔震结构体系的研究及展望

结构振动控制是防震减灾技术中的前沿领域,隔震作为此领域中较为成熟的技术有着广阔的应用前景,高层隔震结构体系的研究和应用代表了现阶段隔震技术的发展方向。阐述了高层隔震结构体系的研究与应用现状,进一步提出了高层隔震结构体系存在的问题,同时对完善高层隔震结构体系要解决的几个问题做了展望。     

考虑土-结构相互作用高层框架结构非线性地震反应分析

应用子结构方法对天然地基上带刚性整体基础(箱型基础或筏板基础)的高层框架结构进行平面非线性地震反应分析,地基阻抗采用拟合数值结果得到的近似公式,上部框架结构采用层间一杆系模型．对1栋12层的钢筋混凝土框架结构进行地震反应分析,讨论了不同地震波输入和不同地基对系统非线性地震反应的影响．     

塔式结构地震波响应仿真分析

文章利用ANSYS有限元程序对高耸塔式结构进行了地震波激励的动态响应分析。通过模态分析,得到塔式结构水平振动的前四个振型和相应的固有频率.在输入地震波的情况下,采用瞬态动力学分析技术,确定了结构的动力响应,为进一步对高耸塔式结构进行振动控制提供了必要的技术参数。     

一种控制高层结构随机地震反应的新策略

以某高层剪切型钢框架结构为工程背景,提出TMD与LRB联合作用的T-L控制策略,利用非线性随机振动理论分别对无控制、TMD控制和T-L控制3种控制结构的非线性运动方程进行等效线性化处理,利用复模态理论给出以第一振型表示的3种控制结构随机地震反应解析解的计算方法。研究结果表明:新提出的T-L控制策略比TMD控制更能显著降低结构位移、速度和加速度反应方差;新算法同样可用于求解LRB层间隔震高层结构随机地震反应。算例在T-L控制下的最大位移、速度和加速度反应方差比TMD控制下的分别降低了29.3%、27.8%和31.6%。     

上盖框架建筑的大底盘地铁车站结构抗震计算的振型分解法-反应加速度法

为得到上盖框架建筑时大底盘地铁车站结构的实用抗震设计方法,基于系列土-地铁车站及其上盖框架结构体系动力相互作用数值模拟试验,揭示了上盖框架结构对大底盘地铁车站结构地震响应的影响规律,再在借鉴地下结构抗震计算传统反应加速度法的基础上,提出一种适用于地上、地下一体化结构体系中的地下结构抗震分析的振型分解法-反应加速度法。首先,从理论上验证了振型分解法-反应加速度法的可行性,并详细介绍了该方法的力学模型和实施步骤;其次,以北京某核心区地铁车站与上盖高层建筑一体化工程为背景,对比时程法和传统反应加速度法的计算结果,分析了峰值加速度、结构刚度、土层刚度、上盖结构高度、地震波类型等影响因素下振型分解法-反应加速度法的计算效果。结果表明,提出的振型分解法-反应加速度法是一个操作简便、精度较高且计算结果偏于安全的简化分析方法,可在类似工程的抗震计算中应用。     

附属结构物的振动

本文研究在什么条件下可以不考虑主、次结构的耦联作用。文中以主次结构的质量比、刚度比作为参数,给出了不考虑耦联所引起的误差公式和利用这些公式计算结果所绘制的等误差线图。利用这些曲线可很方便地的估计不考虑耦联时的误差范围。     

基于ETABS的双塔楼高层建筑结构动力特性研究

地震作用下高层建筑动力响应分析对高层建筑的安全设计是不可缺少的.针对高层建筑的受力特点,运用结构分析软件ETABS和振型分解法,对双塔楼结构在水平地震作用下的动力方程进行了分析,对振型和振型参与系数的选取进行了探讨,并对计算模型的选取进行了讨论.在检验结构的抗震性能的同时也验证了模型的可行性和高层建筑结构振型的复杂性.     

框架-剪力墙结构高层地震问题的数值分析

应用大型有限元ANSYS软件对框剪结构高层进行了地震响应和地震波瞬态分析,通过框剪结构高层在自振及地震波作用下的分析,得到了结构的位移与地震频率的关系,可为框剪结构高层的抗震设计提供参考价值.     

机床结构振动模态灵敏度的矩阵摄动分析法

采用矩阵摄动法导出了机床结构振动模态的灵敏度分析方法,并给出了复杂结构模态灵敏度的子结构表达方式。用所编制的计算机程序,对机床主轴部件的模态灵敏度进行了分析,所得结果与用直接搜索法一致。     

塔桅结构动力性能试验研究与计算分析

塔桅结构是一种高耸结构,被广泛运用于广播电视塔、输电塔及通信塔等领域.在风荷载、地震荷载等动力荷载作用下,塔桅结构容易遭到破坏,因此十分有必要开展塔桅结构的动力性能研究.设计制作了塔桅结构的试验模型,并进行了动力性能测试.在此基础上利用有限单元法对塔桅结构进行了模态分析,得到了塔桅结构的前三阶固有频率,再将两者结果与根据瑞利能量法求得的解析解进行比较,得到以下结论：3种方法测得的前三阶自振频率数值较为吻合,尤其是第一阶频率吻合得最好,说明试验模型较为合理.